【正文】 負載上去的。 圖 模擬電平的 PWM 數(shù)字編碼 通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。 的基本原理 1） PWM 信號簡介 脈寬調(diào)制 (PWM:Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。 PWM 控制技術(shù)簡介 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。 2． 2 PWM 脈寬調(diào)制 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。別一種是用單片機采用脈寬調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復(fù)雜的計算可使細分后的步距角一致。細分驅(qū)動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動一步，一般會根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞組會輪流切換，固可以使步進電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所以從提高效率來看這是一種很好 的驅(qū)動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定期額定電流和減少時間常數(shù)。雙電壓驅(qū)動電路的缺點是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降，不宜于電機的正常運行。它的外接電阻 R 要消耗相當一部分的熱量，這樣就會影響電路的穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動方式一般只用在小功率的步進電機的驅(qū)動電路中。單電壓驅(qū)動是步進電機控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本質(zhì)上是一個單間 的反相器。固采用后者，用光電開關(guān)作為反饋元件。固本次設(shè)計應(yīng)采用 CPU間 接驅(qū)動步進電機。故選擇閉環(huán)控制。然而，開環(huán)操作會有失步的風險，這將產(chǎn)生定位失誤。 閉環(huán)控制，是傳統(tǒng)步進控制的一個部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。 大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng)，一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個低成本的方案。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比較，驗證步進電機移動到預(yù)計的位置； ②． 反電動勢 , 一種無傳感器的檢測方法，使用步進電機的反電動勢信號，測量和控 制速度。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇。將電機換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現(xiàn)電機的速度控制。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。但占用 CPU 時間長，不能在運行時處理其他工作。延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序，待延時結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的 CP 脈沖或換向周期。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。比如，當人們說 的步進電機，在沒有特殊說明的 情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進電機 [11]。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。如果使用細分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。 /176。 /176。 /176。 3）步進電機的相數(shù) 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。、整步工作時為 176。 /176。 2）電機固有步距角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。在有負載的情況下，啟動頻率更低。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用 。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。 3）混合式步進電機 簡稱 HB，混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點。 2）永磁式步進電機 簡稱 PM，永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。硬件方法是依靠單片機內(nèi)部的 定時器來實現(xiàn)的 ,在每次進入定時中斷后 ,改變定時常數(shù) ,從而升速時使脈沖頻率逐漸增大 ,減速時使脈沖頻率逐漸減小 [9],這種方法占用 CPU 時間較少 ,在各種單片機中都能實現(xiàn) ,是一種比較實用的調(diào)速方法。具體的延時時間可以通過軟件程序來實現(xiàn)。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的 [8]。 ４）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動 ,而且伴有嘯叫聲。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 步進電機特點 [7]： １）一般步進電機的精度為步進角的 35%，且不累積。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。自從步進電機在計算機外圍設(shè)備中取代小型直流電機以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進了步進電機的發(fā)展。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機系統(tǒng)，其中較有自己特點，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進電機。傳統(tǒng)電機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 長春工業(yè)大學學士論文 7 2 系統(tǒng)控 制原理 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 4） 通過蜂鳴器提示超時運轉(zhuǎn)。按摩椅提供了 5個按鍵：兩個調(diào)速 定時 按鍵，分別 為 SB3 和 SB4；一個啟停轉(zhuǎn)換按鍵 SB1；一個正反轉(zhuǎn)按鍵 SB2；一個功能預(yù)約鍵 SB5。按鍵 SB3 可以實現(xiàn)對步進電機加速；按鍵 SB4 可以實現(xiàn)對步進電機加速。 長春工業(yè)大學學士論文 6 本課題研究內(nèi)容 本按摩椅調(diào)速系統(tǒng)利用 AT98C51 單片機完成系統(tǒng)總體控制功能，并利用按鍵、L12864 液晶顯示芯片、 L298 等外圍設(shè)備為用戶提供服務(wù)，實現(xiàn)人機交 換 ，實現(xiàn)其按摩功能；通過按鍵，用戶可以讓按摩椅工作在最具舒適的按摩工作方式和振動速度上；利 L12864 液晶屏顯示電機當前的轉(zhuǎn)速快慢正反轉(zhuǎn)等。本畢業(yè)設(shè)計采用單片機開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)而設(shè)計一種簡易的按摩椅調(diào)速系統(tǒng)，以實現(xiàn)基本按摩功能。按摩椅就是在這一背景下產(chǎn)生。人們渴望休閑，渴望健康。隨著社會的發(fā)展和進步，隨著電子信息技術(shù)的飛躍，單片機開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)顯得越來越重要，成 為了一門重要的電子電氣技術(shù)學科，同時亦成為了新產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù) [4]。 以大規(guī)模集成電路為主的微型計算機――單片微型計算機（ Single chip microputer），簡稱單片機，又稱嵌入式微控制器 [3]（ Embedded microcontroller）。如圖 2 所示，按摩椅主要有兩部分組成：頸部、背系統(tǒng)控制電 路板、電動機、絲桿及其潤滑裝置、 s 型滑動槽、機械手等。本控制系統(tǒng)采用的是 AT89C51 單片機驅(qū)動 L298 的輸入和輸 出來進行控制進步電機從而實現(xiàn)按摩功能。按摩功能可以上下運行，局部以 及定點進行按摩。 按摩椅 的 研究 意義 按摩椅可以 疏通經(jīng)絡(luò)，使氣血循環(huán)，保持機體的陰陽平衡，所以按摩后可感到肌肉放松、關(guān)節(jié)靈活，使人精神振奮、消除疲勞，對保持身體健康有重要作用， 并可根據(jù)實際情況，選擇需要的按摩力度和按摩壓力。企業(yè)技術(shù)的更新?lián)Q代，單靠模仿和仿制，以后將難以在市場上生存，按 摩椅廠商必須加大自己的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)力度，不斷推出新產(chǎn)品。 隨著按摩椅市場的不斷擴大，產(chǎn)品的推廣與應(yīng)用將會更加的廣泛，而這種廣泛的應(yīng)用必然會導致產(chǎn)品以前只能揉腰捶背不同，現(xiàn)在的按摩椅幾乎從頭到腳都可以按摩到。 “按摩椅”作為高級禮品，送給上司和朋友及商業(yè)伙伴以表忠心；送給父母、岳父岳母 、公婆以盡孝心；送給情侶浪漫型；給新婚的親朋好友表真情；更是人之常情。中國是世界聞名的禮儀之邦，文明之邦。有一張“按摩椅”，有利于老年人修心養(yǎng)性之外，還能為老人提供保健按摩，因此，必將受到每個家庭的歡迎。在城市，“一對夫婦牽掛四個老人幾乎是每一個家庭所面臨的困難。 第二：中國人口年齡結(jié)構(gòu)變化趨勢，是按摩椅的銷售的前奏。一是從經(jīng)濟條件看，人們的生活水平越來越高，消費水平越來越高，買得起，用得起。傳統(tǒng)的椅子已經(jīng)不能達到人們休閑康體的需求，然而按摩椅的出現(xiàn)，正好填補了人們需求的空白。與此同時，現(xiàn)代社會中，人們工作節(jié)奏加快，工作效率高，競爭壓力大，休息時間相對減少。隨著時代的進步，科學技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們希望自己的親密座椅使用更加舒適，功能更加齊全，造型更加美觀高檔。理由如下： 第一：現(xiàn)代消費新觀念，為按摩椅的銷售打下了堅實的基礎(chǔ)。按摩器具不僅突破了傳統(tǒng)人工按摩空間的限制，讓人們有 一個物美價廉的“家庭按摩師”，而且蘊涵著高新科技，使消費者能享受到高端技術(shù)帶來的健康與舒適。臣大的需求與發(fā)展空間，長春工業(yè)大學學士論文 4 使得我國的各種類型的家用按摩器具發(fā)展勢頭正勁，市場需求旺盛，已成為健康產(chǎn)品的一新的增長點。如此看來，現(xiàn)代人的健康狀態(tài)很不樂觀。所謂亞健康，通俗一點講就是指在健康與不健康之間的中問狀態(tài)。至 2021 年，按摩器具市場規(guī)模預(yù)計達到 81． 47億美元 [2]。中國按摩器具的出口量越來越大，品種越來越多， 2021 年，我國按摩器具出口額達 10． 47 億美元，其中加工貿(mào)易 2． 73 億美元，因 受金融危機的影響，同比僅增長 8． 9％，出口金額增幅明顯回落。 我國設(shè)計和制造的按摩器具在功能、性能上已達到了國際先進的水平，并成為世界出口量較大的國家。 到2021 年，全球按摩椅的 市場規(guī)模將達到 33 億美元。 2021 年全球按摩器具市場仍有望保持穩(wěn)定小幅增長，但受金融危機影響，增幅會出現(xiàn)回落態(tài)勢。其中，美國按摩器具市場容量約為 13． 8 億美元；亞洲按摩器具市場容量約為 億美元；歐洲按摩器具市場容量約為 億美元；大洋洲按摩器具市場容量約為 億美元。按摩器具最早起源于日本，后在歐洲、北美等發(fā)達國家興起，上世紀九十年代引進中國，經(jīng)過短短的十幾年，現(xiàn)已發(fā)展成為集設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)為一體的龐大的產(chǎn)業(yè)鏈， 中國設(shè)計和制造的按摩器具在功能、性能上已達到了國 際先進的水平，并成為世界出口量較大的國家。為此，近年來，國內(nèi) 外相關(guān)企業(yè)花費大量人力、物力和財力，開發(fā)出各種代替人工按摩的按摩器具，如：按摩椅、腳部按摩器、按摩墊、按摩床、手持式按摩器、氣血循環(huán)機 (生氧機 )及足浴按摩椅等。 按摩是我國古代中醫(yī)養(yǎng)生保健方法之一，它通過對身體各處的輕柔，達到行氣活血、祛病強身的目的。按摩分為醫(yī)療按摩和保健按摩。因此 為按摩椅市場提供一款結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣、經(jīng)濟實惠的智能化按摩椅顯得十分必要。使用按摩椅要調(diào)整椅子按摩的力度，因為 用力過小起不到應(yīng)有的刺激作用，過大易產(chǎn)生疲勞，且損傷皮膚，按摩力量和次數(shù)要由少到多，由輕漸重。但按摩椅的機械按摩與人工按摩是不同的，按摩椅雖有幾個觸點，但不能選穴、點穴和進行類似人工推拿的動作，只是模仿人“揉”、“捏”的動作，如圖 1所示。人工推 拿按摩能夠疏通經(jīng)絡(luò)，使氣血循環(huán)，保持機體的陰陽平衡，所以按摩后可感到肌肉放松、關(guān)長春工業(yè)大學學士論文 2 節(jié)靈活，使人精神振奮、消除疲勞，對保證身體健康有重要作用。對于長時間坐著工作和學習的人來說，按摩令血液循環(huán)通暢，改善腰酸背痛及預(yù)防病癥，還能提高睡眠質(zhì)量，改善姿勢及鍛煉健康身體。按摩椅這種依據(jù)按摩原理而產(chǎn)生的保健器械越來越得到人們的親睞，作為一種可以 在短時間內(nèi)緩解身體疲勞、放松神經(jīng)的 保健器械，得到廣大消費者的喜愛，而且越來越普遍地進入尋常百姓家中。 大量科學研究實踐證明，各種按摩手法是由各種動作所產(chǎn)生的力在機體上引起的一系列反應(yīng)，人體接受按摩以后，能使大小循環(huán)系統(tǒng)暢通、血流豐富、改善血液循環(huán)，加速人體各器官組織的新陳代謝、消除疲勞、解除病痛，具有延年益壽之功效。人體通過經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)把各個組織器官連成一個有機整體，以進行正常的生命活動。故對兒童正常發(fā)育，青年健康成長，中老年人防止早衰 具有獨特的功效、尤其對從事伏案工作、商業(yè) 、廣告業(yè)、貿(mào)易及汽車駕駛?cè)藛T ( 因長期缺乏鍛煉而引起的倦怠無力，飲食障礙及頸、肩、背、腰 等部位的酸痛 ) 療效顯著，且無任何副作用； 現(xiàn)代西醫(yī)則認為，按摩不但可以調(diào)整內(nèi)分泌、加強胃腸蠕動、撥離組織粘連、緩和復(fù)位等作用，而且具有調(diào)節(jié)大腦皮層、皮質(zhì)功能，使大腦神經(jīng)產(chǎn)生沖動，進而達到興奮或抑制神經(jīng)作用。 根據(jù)我國的中醫(yī)經(jīng)典理論，按摩能調(diào)解陰陽平衡，疏通氣血經(jīng)絡(luò)，而且還能夠活血化瘀、強身壯骨、調(diào)整臟腑、增強人體抗病能力等。經(jīng)絡(luò)貫通于人體內(nèi)外、上下聯(lián)絡(luò)臟腑，貫通九竅，是氣血運行